論文の概要: Driven-dissipative phase separation in free-space atomic ensembles
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2403.15237v1
- Date: Fri, 22 Mar 2024 14:31:45 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-03-25 17:09:34.202993
- Title: Driven-dissipative phase separation in free-space atomic ensembles
- Title（参考訳）: 自由空間原子アンサンブルにおける駆動散逸相分離
- Authors: Daniel Goncalves, Lisa Bombieri, Giovanni Ferioli, Sara Pancaldi, Igor Ferrier-Barbut, Antoine Browaeys, Ephraim Shahmoon, Darrick E. Chang,
- Abstract要約: 光深度が低い自由空間アンサンブルは空洞系と同様の挙動を示す。
自由空間系は相転移ではなく、概して飽和領域と不飽和領域の間の相分離である」と主張する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: The driven Dicke model, wherein an ensemble of atoms is driven by an external field and undergoes collective spontaneous emission due to coupling to a leaky cavity mode, is a paradigmatic example of a system exhibiting a driven-dissipative phase transition as a function of driving strength. Recently, a similar phenomenon was experimentally observed, not in a cavity setting, but rather in a free-space atomic ensemble. The reason why similar behavior should emerge in free space is not obvious, as the system interacts with a continuum of optical modes, which encodes light propagation effects. Here, we present and solve a simple model to explain the behavior of the free-space system, based on the one-dimensional Maxwell-Bloch equations. On one hand, we show that a free-space ensemble at a low optical depth can exhibit similar behavior as the cavity system, as spatial propagation effects are negligible. On the other hand, in the thermodynamic limit of large atom number, we show that certain observables such as the transmittance or the atomic excited population exhibit non-analytic behavior as a function of the driving intensity, reminiscent of a phase transition. However, a closer analysis reveals that the atomic properties are highly inhomogeneous in space, and based on this we argue that the free-space system does not undergo a phase transition but rather a ``phase separation", roughly speaking, between saturated and unsaturated regions.
- Abstract（参考訳）: 駆動ディックモデル(英: driven Dicke model)は、原子の集合体が外部磁場によって駆動され、漏れキャビティモードとの結合による一括自然放出を受けるモデルであり、駆動強度の関数として駆動散逸相転移を示すシステムのパラダイム的な例である。
最近、同様の現象が実験で観測され、空洞環境でではなく、自由空間の原子アンサンブルで観測された。
系が光伝搬効果を符号化する光モードの連続体と相互作用するため、同様の挙動が自由空間に現れる理由は明らかではない。
ここでは、一次元のマクスウェル・ブロッホ方程式に基づいて、自由空間系の振る舞いを説明するための簡単なモデルを提案し、解決する。
一方,光深度が低い自由空間アンサンブルは空間伝搬効果が無視できるため,空洞系と同様の挙動を示す。
一方, 大きな原子数の熱力学的限界では, 透過率や原子励起率などの観測物は, 相転移を想起する駆動強度の関数として非解析的挙動を示す。
しかし、より密な分析により、原子の性質は空間において非常に不均一であることが示され、このことから自由空間系は相転移ではなく、概して飽和領域と不飽和領域の間の「相分離」であると主張する。
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